基于單片機(jī)的風(fēng)洞模型姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于單片機(jī)的風(fēng)洞模型姿態(tài)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)洞是能人工產(chǎn)生和控制氣流，用以模擬飛翔器或物體周圍氣體的流淌，并可量度氣流對(duì)物體的作用以及觀看物體現(xiàn)象的一種管道實(shí)驗(yàn)設(shè)備。風(fēng)洞在空氣動(dòng)力學(xué)討論和飛翔器設(shè)計(jì)中起著非常重要的作用，它的進(jìn)展與航空航天技術(shù)的進(jìn)展疏遠(yuǎn)相關(guān)。圖1總體設(shè)計(jì)計(jì)劃目前的風(fēng)洞大多以計(jì)算機(jī)為核心配以其它硬件資源完成風(fēng)洞的風(fēng)速及模型姿勢(shì)控制。本文重點(diǎn)介紹以自整角機(jī)及其變送器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的光電作為角度完成模型姿勢(shì)控制的原理及辦法。2、 硬件總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)用作控制器，采納定位精確的作為模型姿勢(shì)執(zhí)行元件，高精度的角位移傳感器做測(cè)量元件，實(shí)現(xiàn)對(duì)模型的精確控制。系統(tǒng)由微控制器、鍵盤、顯示、攻角及側(cè)滑角采集、姿勢(shì)

2、控制、風(fēng)速采集、實(shí)驗(yàn)計(jì)時(shí)等模塊組成，總體計(jì)劃1所示。2.1模型姿勢(shì)測(cè)量與控制單元硬件組成模型姿勢(shì)即攻角和側(cè)滑角的測(cè)量控制2所示。所選用fb900c系列角位傳感器及變送器其本身為一單片機(jī)系統(tǒng)，與系統(tǒng)單片機(jī)采納串行通訊。工作過程為通過鍵盤設(shè)置和角度，通過角位傳感器和變送器測(cè)量系統(tǒng)當(dāng)前角度，計(jì)算出要轉(zhuǎn)過的角度，控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并送顯示。圖2模型姿勢(shì)控制系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)采納公司的at89c52單片機(jī)，該芯片為51系列增加型，內(nèi)部有8k flash rom，三個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器和256字節(jié)ram。單片機(jī)與步進(jìn)電機(jī)接口用法p1.0"p1.3四條口線控制兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，p1.0和p1.2用來輸出方

3、波信號(hào)，p1.1和p1.3用來輸出方向信號(hào)。fb900c系列角位變送器采納自整角機(jī)或旋轉(zhuǎn)作檢測(cè)元件，運(yùn)用最新檢測(cè)技術(shù)，將旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)過的角度經(jīng)微處理器舉行處理后換算成角位移或直線位移，然后以4"20ma的模擬量或串行口輸出。該變送器用自整角機(jī)或旋改變壓器組合相當(dāng)于8"16位的肯定編碼器測(cè)量精度，其性價(jià)比遠(yuǎn)高于編碼器測(cè)量方式，是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最為抱負(fù)的角位測(cè)量模塊。2.2 模型姿勢(shì)測(cè)量與控制程序設(shè)計(jì)2.2.1 角度測(cè)量程序設(shè)計(jì)、兩個(gè)角度的測(cè)量是風(fēng)洞數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)的重點(diǎn)，測(cè)量角度的精度挺直影響到系統(tǒng)的控制精度。因此，測(cè)量中的各子程序的要求比較高，又因?yàn)榻俏灰苽鞲衅鞯妮敵鰹閍sc碼，

4、且數(shù)據(jù)最大為79 9999所以，程序中采納了浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算子程序、整數(shù)與浮點(diǎn)數(shù)之間互相轉(zhuǎn)換子程序，角度測(cè)量程序流程3所示。程序首先從累加器中取得要測(cè)量的方向，并把該方向存放在r2中，若r2的值錯(cuò)誤,程序挺直返回不舉行任何操作。通過串口取得相應(yīng)方向角位置數(shù)據(jù)后，調(diào)用進(jìn)制轉(zhuǎn)換程序?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，此時(shí)對(duì)r2中的方向值舉行推斷，獲得該方向上的傳動(dòng)比，計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制后也通過推斷r2中的方向值獲得數(shù)據(jù)存放的單元地址。程序入口：傳感器編號(hào)存于a中。程序出口：角度存于51h、角度存于53h。部分程序如下：ms: clr ea ;關(guān)中斷mov r2,a ;暫存?zhèn)鞲衅骶幪?hào)mov scon,50h ;設(shè)置串口

5、方式mov rcap2h,0ffh ;自動(dòng)裝載值mov rcap2l,0d9h ;mov th2,0ffhmov tl2,0d9hmov t2con,34h ;啟動(dòng)波特率發(fā)生器 ;發(fā)送采集指令、進(jìn)制轉(zhuǎn)換lcall fciv ;調(diào)浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算 ;進(jìn)制轉(zhuǎn)換、存數(shù)據(jù)setb ez ;開中斷ret圖3 角度測(cè)量流程圖2.2.2 角度控制程序設(shè)計(jì)風(fēng)洞中模型姿勢(shì)的控制分兩部分，一個(gè)是當(dāng)前姿勢(shì)的測(cè)量，一個(gè)是計(jì)算步進(jìn)電機(jī)需轉(zhuǎn)過的角度，角度的控制是在精確地測(cè)量當(dāng)前姿勢(shì)的基礎(chǔ)上完成的，程序框圖4所示。和角度測(cè)量相像，模型姿勢(shì)需要轉(zhuǎn)變的角度放在累加器中，需要轉(zhuǎn)變的方向放在22h單元中，符號(hào)放在23h單元中，通過計(jì)算得

6、到驅(qū)動(dòng)模型轉(zhuǎn)動(dòng)給定角度所需要的脈沖數(shù)，以及該方向電機(jī)的控制端口。部分程序如下：djrun: jz aovermov r2,a ; 待轉(zhuǎn)角度存于a中mov a,22h ; 模型變幻方向cjne a,0ah,noajiljmp adji ;攻角方向（角）noaji: cjne a,0bh,error5ljmp bdji ;側(cè)滑角方向（角）adji: mov a,23hcjne a,0ah,adjinozhljmp adjizh ;方向 正轉(zhuǎn)adjinozh :cjne a,0bh,error5ljmp adjifuadjizh: setb aajfx ;方向 正轉(zhuǎn)ljmp amc_duadjifu: clr aajfx ;方向 反轉(zhuǎn)ljmp amc_duamc_du: